(57)【要約】【課題】ソース−ドレイン間の電流−電圧特性におけるヒステリシス現象を防ぎ、出力電力を向上させた、ＧａＮ系化合物半導体からなる電界効果トランジスタを提供する。【解決手段】基板１上に、ＧａＮ系化合物半導体からなるバッファ層２、電子走行層３および電子供給層４が順次積層されてなる電界効果トランジスタにおいて、前記基板１裏面側に電界発光層１１を設け、前記電界発光層１１からの光は基板１を透過して、前記バッファ層２、電子走行層３および電子供給層４を照射するようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に複数のＧａＮ系化合物半導体層が順次積層されてなる電界効果トランジスタにおいて、
前記基板裏面側あるいは積層されたＧａＮ系化合物半導体層の表面上に電界発光層を設け、前記電界発光層からの光は前記ＧａＮ系化合物半導体層の積層界面を照射するようにしたことを特徴とする電界効果トランジスタ。
【請求項２】
前記複数のＧａＮ系化合物半導体層は、基板側からバッファ層およびチャネル層を構成することを特徴とする請求項１記載の電界効果トランジスタ。
【請求項３】
前記電界効果トランジスタは、高電子移動度トランジスタであって、前記複数のＧａＮ系化合物半導体層は、基板側からバッファ層、電子走行層および電子供給層を構成することを特徴とする請求項１記載の電界効果トランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＧａＮ系化合物半導体からなる電界効果トランジスタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮなどのＧａＮ系化合物半導体は、ＧａＡｓ系等の３−５族化合物半導体に比べてバンドギャップエネルギーが大きいので、ＧａＮ系化合物半導体を用いた電子デバイスは耐熱温度が高く高温動作特性に優れている。そして近年は、特にＧａＮを用いた電界効果トランジスタなどの電子デバイスを電源デバイスとして応用することが期待されている。
【０００３】
図４は、従来技術に係るＧａＮ系化合物半導体を用いた電界効果トランジスタの一例である高電子移動度トランジスタを示す。この高電子移動度トランジスタは、例えばサファイア基板のような基板１の上に、ＧａＮからなるバッファ層２、アンドープＧａＮからなる電子走行層３、および前記電子走行層３に比べて薄いアンドープＡｌＸ Ｇａ１−Ｘ Ｎ（０＜Ｘ＜１）からなる電子供給層４を順次積層してなる層構造（ヘテロ接合構造）を成長、形成したものである。そして、電子供給層４の上には、ソース電極Ｓ、ゲート電極Ｇ、ドレイン電極Ｄが平面配置されている。なお、前記各電極と電子供給層４の間には、コンタクト抵抗を低くするために、ｎ型不純物が高濃度にドーピングされたｎ−ＧａＮコンタクト層５が設けられている。
ここで、電子走行層３と電子供給層４のヘテロ接合界面においては、結晶歪みに基づくピエゾ圧電効果によりピエゾ電界が発生し、両者の接合界面の直下に２次元電子ガス６が形成される。
この状態で、ソース電極Ｓとドレイン電極Ｄを作動すると、電子走行層３に供給された電子が２次元電子ガス６中を高速走行してドレイン電極Ｄへと移動する。このとき、ゲート電極Ｇに加える電圧を変化させると、当該ゲート電極Ｇの直下に形成される空乏層の厚さが変化し、ソース電極Ｓとドレイン電極Ｄ間の電子走行層３を走行する電子の制御を行なうことができる。
【特許文献１】特開２００３−１７９０８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の高電子移動度トランジスタでは、サファイア基板１上に成長形成されたバッファ層２、電子走行層３、電子供給層４はＧａＮ系化合物半導体層から構成されている。ここで、サファイア基板１とＧａＮからなるバッファ層２とでは格子定数の差が大きく、そのため、サファイア基板１とバッファ層２の成長界面に多くの欠陥が生じる。また、サファイア基板１とバッファ層２の格子不整の影響は、バッファ層２上の電子走行層３、電子供給層４にも及ぶ。そのため、バッファ層２と電子走行層３の成長界面、および電子走行層３と電子供給層４の成長界面にも欠陥が生じる。
これらの欠陥は、電子をトラップする作用があり、ソース−ドレイン間の電流−電圧特性に影響を及ぼす。すなわち、その電流−電圧特性にヒステリシス現象が現れ、ドレイン電流が減少する（いわゆる電流コラプス）という問題が生じる。
【０００５】
そこで、本発明は、ソース−ドレイン間の電流−電圧特性におけるヒステリシス現象を防ぎ、出力電力を向上させた、ＧａＮ系化合物半導体からなる電界効果トランジスタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、請求項１に記載のように、基板上に複数のＧａＮ系化合物半導体層が順次積層されてなる電界効果トランジスタにおいて、前記基板裏面側あるいは積層されたＧａＮ系化合物半導体層の表面上に電界発光層を設け、前記電界発光層からの光は前記ＧａＮ系化合物半導体層の積層界面を照射するようにしたことを特徴とする電界効果トランジスタである。
ここで、基板の裏面とは、基板のＧａＮ系化合物半導体層が積層された面とは反対側の面を意味する。
【０００７】
本発明では、電界効果トランジスタを作動させる際に、電界発光層を発光させてＧａＮ系化合物半導体層の積層界面を照射することにより、積層界面の欠陥によるトラップからチャネル電子を開放することができるので、ソース−ドレイン間の電流−電圧特性におけるヒステリシス現象を防ぎ、出力電力を向上させることができる。
【０００８】
なお、本発明の電界効果トランジスタにおいて、基板上に積層された複数のＧａＮ系化合物半導体層は、基板側からバッファ層およびチャネル層から構成されものでもよく（請求項２）、また、基板側からバッファ層、電子供給層および電子走行層から構成された高電子移動度トランジスタであってもよい（請求項３）。
【発明の効果】
【０００９】
以上説明したように本発明によれば、複数のＧａＮ系化合物半導体層の成長界面に発生した欠陥にトラップされた電子は照射された光によりトラップから開放されるため、ソース−ドレイン間の電流−電圧特性におけるヒステリシス現象を防ぎ、出力電力を向上させることができるという優れた効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明にかかる電界効果トランジスタの一実施形態である高電子移動度トランジスタの断面説明図である。
図１において、符号１はサファイア基板、符号２はサファイア基板１上に積層されたＧａＮからなるバッファ層、符号３は前記バッファ層２上に積層されたアンドープＧａＮからなる電子走行層３、符号４は前記電子走行層３上に積層された前記電子走行層３に比べて薄いアンドープＡｌＸ Ｇａ１−Ｘ Ｎ（０＜Ｘ＜１）からなる電子供給層である。また、符号５はソース電極Ｓと電子供給層４の間、およびドレイン電極Ｄと電子供給層４の間に設けられた、ｎ型不純物が高濃度にドーピングされたｎ−ＧａＮからなるコンタクト層である。
さらに、符号１１はＺｎＳからなり、サファイア基板１の裏面（積層面と反対側の面）に積層された電界発光（エレクトロルミネッセンス）層である。また、符号１２および１３は、前記電界発光層１１に電界を印加する電極層であり、サファイア基板１と電界発光層１１の間の電極層１２はＩＴＯ（酸化インジウム錫）からなる透明電極層であり、背面の電極層１３はＡｌなどからなる金属電極である。さらに、符号１４は電界発光層１１に電界を印加するための交流電源である。
【００１１】
本実施形態において、電界発光層１１は、交流電源１２により交流電界を印加すると、可視光を発光し、該可視光は電極層１２およびサファイア基板１を透過して、バッファ層２、電子走行層３、電子供給層４を照射する。
【００１２】
本実施形態が従来例と異なる特徴的なことは、サファイア基板１の裏面に可視光を発光し、バッファ層２、電子走行層３および電子供給層４を照射する電界発光層１１を積層したことである。
本実施形態では、動作時に電界発光層１１を発光させると、電子走行層３と電子供給層４の界面の欠陥にトラップされたチャネル電子が遅滞なく開放されるので、ソース−ドレイン間の電流−電圧特性におけるヒステリシス現象を防ぎ、出力電力を向上させることができる。
【００１３】
図２は、上記実施形態のソース−ドレイン間の電流−電圧特性を示す。図２からわかるように、電界発光層１１を発光させて、バッファ層２、電子走行層３および電子供給層４を照射すると、ドレイン電流は、照射しない場合に比して約３０％程度増加した。
【００１４】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることはない。
例えば、図３に示すように、電子供給層４上、ソース電極Ｓ，ゲート電極Ｇ、ドレイン電極Ｄの各電極間にＳｉＯ2 からなる透明な絶縁層１５を積層し、絶縁層１５上に透明な電極層１２、電界発光層１１および金属からなる電極層１３を順次積層してもよい。この場合、電界発光層１１からの光は、ソース電極Ｓ、ゲート電極Ｇ、ドレイン電極Ｄの各電極間の絶縁層１５を透過して、電子供給層４、電子走行層３およびバッファ層２を照射する。この場合には、基板１として不透明なＳｉ、ＧａＮを用いてもよい。
また、電界発光層１１としては、ＺｎＳの他にＺｎＳｅ、ＣｄＳなどの可視光を発光させる蛍光体で構成してもよい。なお、電界発光層１１の発光は可視光としたが、発光波長は必ずしも可視光域に限定されず、電子走行層３と電子供給層４の界面の欠陥にトラップされたチャネル電子を開放するに要する波長よりも短い波長であればよい。
さらに、基板上には、バッファ層およびチャネル層が順次積層された電界効果トランジスタであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明にかかる電界効果トランジスタの一実施形態の断面図である。
【図２】上記実施形態のソース−ドレイン間の電流−電圧特性を示す図である。
【図３】本発明の他の実施形態の断面図である。
【図４】従来の電界効果トランジスタの断面図である。
【符号の説明】
【００１６】
１          基板
２          バッファ層
３          電子走行層
４          電子供給層
５          コンタクト層
１１          電界発光層
１２、１３    電極層
１４          交流電源
１５          絶縁層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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